关于超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用项目

关于“超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用”项目申请
2019年高等学校科学技术进步奖的公示材料
附件1：项目简介
项目名称超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用
推荐单位华南理工大学
主要完成单位华南理工大学、广州大学、汕头大学
项目简介本项目围绕超高层建筑风效应研究和抗风设计的重大理论和技术需求，在多项国家自然科学基金项目的支持下，针对超高层建筑风效应评估与风效应控制的关键理论和技
术问题开展攻关，在超高层建筑结构风效应的现场实测研究、超高层建筑风洞试验与风
振分析的新技术和新方法、群体超高层建筑的风干扰效应以及超高层建筑的风效应控制
四个方面取得了创新性突破：
1.建立了我国华南地区标志性超高层建筑风效应的远程多点同步实测基地，历时十
余年，积累了大量台风风场和结构风致振动的第一手观测数据，验证了一些重大工程的
前期风洞试验结果，提出了新的风场模型和结构动力参数识别方法，获得了一系列新结
果并用于指导超高层建筑的抗风设计。

2.发展了超高层建筑风洞试验和风振分析的新技术、新方法。

通过大量工况的风场
调试深入研究并发展了大气边界层风场被动模拟技术手段；提出了与完全二次型相关法
（CQC）具有相同精度的大型复杂结构风振响应的快速算法——谐波激励法（HEM），
并在此基础上提出了计算超高层建筑等效静风荷载的扩展荷载响应相关法（ELRC）；发
明了高频底座测力天平（HFFB）的动力校准方法，在此基础上建立了基于HFFB技术的
超高层建筑三维耦合振动响应和等效静风荷载计算方法。

3.开展了迄今为止国际上规模最大的群体超高层建筑风干扰效应风洞试验研究。

首
次开展了对三个建筑物间风干扰效应的系统性研究，提出描述建筑物间干扰效应分布规
律的有效定量表示方法，深入研究两栋和三栋超高层建筑间的风致荷载、风致舒适性、
建筑表面风压的变化规律。

提出了一些可供实际工程应用的建议条款，被国家及广东省
建筑结构荷载规范所引用。

4.从超高层建筑的气动抗风方法和结构抗风优化设计两方面出发，深入研究了超高
层建筑风效应的控制技术。

从整体和局部两个维度提出了建筑立面变化的整体气动抗风
措施和设置局部透风槽的局部气动抗风措施，有效地削减超高层建筑整体和局部气动荷
载。

提出了基于风速风向联合概率分布的抗风优化设计方法，在保证结构安全性和舒适
度的同时，有效降低了工程造价。

本项目获发明专利4项、实用新型专利2项，软件著作权4项。

在国际和国内知名学术期刊上发表论文60篇。

部分成果写入了国家《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、
广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）和国家行业标准《建筑工程风洞试验
方法标准》（JGJ/T338-2014）。

2017年10月通过了广州市生产力促进中心组织的科技成
果评价，以赖远明院士为组长的专家组对该成果的评价意见为“整体上达到了国际先进
水平，在结构响应快速算法和等效静风荷载计算方法、群体超高层建筑的风干扰效应、
超高层建筑的风效应控制等方面达到了国际领先水平”。

本成果已应用于鹏瑞深圳湾壹号广场、合肥恒大中心C地块主塔楼、华润深圳湾总部大厦、深圳京基100等202栋高层建筑工程项目的工程实践，取得了良好的社会和经
济效益。

主要完成单位创新推广贡献华南理工大学：对本项目的4个创新点均做出了创造性贡献，具体如下：1.对【创新点1】的贡献：自主研发了无线加速度传感器测试终端，建立了群体超高层建筑风效应的远程多点同步实测系统，观测得到了超高层建筑动力参数的一般规律；2.对【创新点2】的贡献：提出了HFFB风洞试验的动力校准技术、考虑三维耦合效应的风振响应计算方法和等效静风荷载计算方法；3.对【创新点3】的贡献：进行了群体超高层建筑结构风干扰效应的系统性研究，提出了描述建筑物风干扰效应的定量表示方法。

4.对【创新点4】的贡献：系统性研究了超高层建筑的局部和整体气动抗风措施，提出了采用POD技术确定通风槽适当开设位置的方法。

5.应用贡献：将项目应用于100余座超高层建筑的风洞试验和抗风设计中，部分研究成果被国家《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）和国家《建筑工程风洞试验方法标准》（JGJ/T338-2014）所引用，取得了显著的社会和经济效益。

广州大学：对本项目的创新点1、4做出了创造性贡献，具体如下：1.对【创新点1】的贡献：参与建立了超高层建筑风效应的远程多点同步实测系统，提出了三维风速风场的非平稳模型，总结了台风风场和结构风致振动的一般性规律，并与风洞试验的结果进行了对比分析；2.对【创新点4】的贡献：提出了考虑参数不确定性和风速风向联合概率分布的超高层建筑抗风优化设计方法。

3.应用贡献：将本项目的抗风优化设计方法应用于利通广场等实际工程，将本项目的超高层建筑风效应的远程多点同步检测技术应用于广州国际金融中心等项目。

汕头大学：对本项目的创新点2、3做出了创造性贡献，具体如下：1.对【创新点2】的贡献：提出了大型复杂结构风振响应的快速算法——HEM法；提出了计算高层建筑等效静风荷载的ELRC方法；2.对【创新点3】的贡献：研究了任意排列双柱体的风干扰效应和三座不同高度高层建筑间的风干扰效应。

3.应用贡献：将本项目提出的风振响应计算方法已推广应用于数十项实际工程。

推广应用情况本成果已应用于鹏瑞深圳湾壹号广场、合肥恒大中心C地块主塔楼、宁波恒大城市之光广场、广州三诚国际、广州利通广场、华润深圳湾总部大厦、深圳京基100、深圳华侨
城大厦、华润深圳湾总部大厦、广州日立电梯塔等高层建筑工程项目的工程实践，取得
了良好的社会和经济效益。

曾获科技奖励
情况
无
主要知识产权目录授权发明专利：用于风洞试验中智能开启结构门窗的风门控制与差压测试仪及系统，证书
授权发明专利（日本）：一種の壁間のずれを利用する制振壁，特许证
授权发明专利：一种高频底座力天平的动力校准方法，证书
授权发明专利：一种气动弹性实验系统，受理通知书
申请发明专利：考虑高频底座力天平试验的双耦合系统的风振实现方法，受理通知书授权实用新型专利：一种用于模拟雷暴冲击风的风洞试验装置，证书
授权实用新型专利：一种装配式的阻尼墙，证书
软件著作权：基于可靠度理论的高层建筑抗风优化设计软件V1.0，证书
软件著作权：基于并行计算遗传算法的结构优化设计系统，证书
软件著作权：双模态耦合的超高层建筑响应与等效静风荷载计算软件，证书
软件著作权：超高层建筑耦合气动力测试信号修正软件，证书
附件2：主要完成人情况表
姓名排
名
技术职称工作单位完成单位
对本项目技术创造性贡
献
曾获科技奖励
情况
傅继阳1研究员广州大学广州大学建立了超高层建筑风效
应的远程多点同步实测
平台；提出了考虑参数
不确定性和风速风向联
系概率分布的超高层建
筑结构抗风优化设计方
法
大型复杂结构的风效应与
健康监测的关键技术及其
应用，教育部科技进步二等
奖，2011年(排名第1)；复
杂高层建筑结构大震失效
分析、评价及控制的关键技
术与工程应用，教育部科技
进步一等奖，2016年(排名
第2)；拱结构稳定性及设计
优化关键技术研究和应用，
教育部科技进步二等奖，
2017年(排名第2）
谢壮宁2教授华南理工
大学
华南理工
大学
超高层建筑风效应的现
场实测研究；大气边界
层风场的风洞试验模
拟；提出了大型复杂结
构风振响应计算的HEM
方法和高层建筑等效静
风荷载计算的ELRC方
法；群体超高层建筑风
干扰效应系统性研究；
提出了超高层建筑的气
动抗风策略
无
吴玖荣3教授广州大学广州大学超高层建筑风效应的现
场实测研究；超高层建
筑结构抗风优化设计方
法研究
大型复杂结构的风效应与
健康监测的关键技术及其
应用，教育部科技进步二等
奖，2011年(排名第3)；复
杂高层建筑结构大震失效
分析、评价及控制的关键技
术与工程应用，教育部科技
进步一等奖2016年(排名第
5)；拱结构稳定性及设计优
化关键技术研究和应用，教
育部科技进步二等奖，2017
年(排名第4)
名献情况
徐安4副研究员广州大学广州大学参与了超高层建筑风效
应的现场实测研究；进
行了复杂结构体系超高
层建筑抗风优化设计方
法研究，解决了钢管混
凝土等非矩形构件截面
位移约束条件的显式表
达问题
大型复杂结构的风效应与
健康监测的关键技术及其
应用，教育部科技进步二等
奖，2011年（排名第4）；
大跨屋盖结构风效应的关
键技术研究及应用，广东省
科技进步二等奖，2012年
（排名第4）；拱结构稳定性
及设计优化关键技术研究
和应用，教育部科技进步二
等奖，2017年(排名第8)
余先锋5讲师华南理工
大学
华南理工
大学
参与了高频底座力天平
的动力校准技术研究；
研究了群体超高层建筑
的风压干扰效应和风致
扭转干扰效应
无
石碧青6高级实验
师
华南理工
大学
华南理工
大学
参与了高频底座力天平
的动力校准技术研究；
参与研究了不同退台方
式对超高层建筑结构风
效应的影响。

无
邓挺7助理研究
员
广州大学广州大学
参与建立了超高层风效
应的远程多点同步实测
平台；系统开展了局部
和整体气动抗风措施对
超高层建筑风致荷载和
响应的影响
无
时丽珉8高级实验
师
华南理工
大学
华南理工
大学
参与了超高层建筑风效
应现场实测设备和软件
系统的研发与维护
无
刘爱荣9教授广州大学广州大学参与建立了高层建筑结
构的新型优化设计方法
拱结构稳定性及设计优化
关键技术研究和应用，教育
部科技进步二等奖，2017
年(排名第1)
张乐乐10无华南理工
大学
华南理工
大学
提出了高频底座力天平
的动力校准方法和考虑
三维模态耦合效应的等
效静风荷载计算方法
无
杨易11研究员华南理工
大学
华南理工
大学
参与研究了高层建筑的
风振响应和等效静风荷
载计算方法
无
名献情况
刘慕广12副教授华南理工
大学
华南理工
大学
提出了下击暴流的风洞
试验模拟方法，参与了
高层建筑风振响应与等
效静风荷载计算方法
无
黄友钦13副研究员广州大学广州大学参与建立了考虑参数不
确定性和风速风向联合
概率分布的超高层建筑
抗风优化设计方法
拱结构稳定性及设计优化
关键技术研究和应用，教育
部科技进步二等奖，2017
年(排名第6)
张芝芳14副研究员广州大学广州大学提出了基于代理模型的
结构优化设计方法
无
倪振华15教授汕头大学汕头大学参与研究了超高层建筑
风振响应和等效静风荷
载计算方法；参与研究
了三座超高层建筑间风
干扰效应的研究
编著《振动力学》获第二届
普通高等学校优秀教材国
家教委中青年奖（1992年）
叶茂16副研究员广州大学广州大学研发了超高层建筑的振
动控制装置
拱结构稳定性及设计优化
关键技术研究和应用，教育
部科技进步二等奖，2017
年(排名第10)。